מאז גילוי מזל קשת A * במרכז הגלקסיה שלנו, האסטרונומים הבינו שלגלקסיות המסיביות ביותר יש חור שחור סופר-מסיבי (SMBH). עדות לכך היא הפליטות האלקטרומגנטיות החזקות המיוצרות בגרעין הגלקסיות הללו - המכונות "גרעינים אקטיביים גלטיים" (AGN) - שלפי ההערכה הן נגרמות על ידי גז ואבק המצטברים על ה- SMBH.
במשך עשרות שנים חוקרים אסטרונומים את האור שמגיע מ- AGNs כדי לקבוע כמה גדולים ומסיביים הם החורים השחורים שלהם. זה היה קשה, מכיוון שאור זה נתון לאפקט דופלר, הגורם להתרחבות קווי הקשת שלו. אך הודות למודל חדש שפותח על ידי חוקרים מסין ומארה"ב, אסטרונומים עשויים להיות מסוגלים לחקור אזורים קויים רחבים אלה (BLR) ולהעריך מדויקים יותר לגבי מסת החורים השחורים.
המחקר, "שיבש באופן קבוע גושים מאובקים כמקורם של קווי פליטה רחבים בגרעינים גלקטיים פעילים", הופיע לאחרונה בכתב העת המדעי טבע. את המחקר הוביל ג'יאן-מין וואנג, חוקר מהמכון לפיזיקה באנרגיה גבוהה (IHEP) באקדמיה הסינית למדעים, בסיוע אוניברסיטת וויומינג ואוניברסיטת נאנג'ינג.
כדי לפרק אותה, SMBHs ידועים כבעלי טורוס גז ואבק המקיף אותם. כוח המשיכה של החור השחור מאיץ את הגז בטורוס הזה למהירויות של אלפי קילומטרים בשנייה, מה שגורם לו להתחמם ולפלט קרינה באורכי גל שונים. אנרגיה זו עלתה בסופו של דבר על כל הגלקסיה הסובבת אותה, וזה מה שמאפשר לאסטרונומים לקבוע נוכחות של SMBH.
כפי שהסביר מייקל ברותרטון, פרופסור UW במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה ושותף למחקר, בהודעה לעיתונות של UW:
"אנשים חושבים, 'זה חור שחור. מדוע הוא כל כך בהיר? 'חור שחור עדיין חשוך. הדיסקים מגיעים לטמפרטורות כה גבוהות שהם מכניסים קרינה על פני הספקטרום האלקטרומגנטי הכולל קרני גאמה, קרני רנטגן, UV, אינפרא אדום וגלי רדיו. החור השחור והגז המצטבר שמסביב לו החור השחור הוא דלק שמדליק את הקווסר. "
הבעיה עם התבוננות באזורים בהירים אלה נובעת מהעובדה שהגזים שבתוכם נעים כל כך מהר לכיוונים שונים. בעוד הגז שמתרחק (יחסית אלינו) מועבר לכיוון הקצה האדום של הספקטרום, הגז שמתנועע לעברנו מועבר לכיוון הקצה הכחול. זה מה שמוביל לאזור קו רחב, בו ספקטרום האור הנפלט הופך להיות יותר כמו ספירלה, מה שמקשה על קריאות מדויקות.
נכון לעכשיו, המדידה של מסת ה- SMBHs בגרעינים גלקטיים פעילים מסתמכת על "טכניקת מיפוי הדהוד". בקיצור, הדבר כרוך בשימוש במודלים ממוחשבים לבחינת קווי הספקטרום הסימטריים של BLR ומדידת עיכובי הזמן ביניהם. על פי ההערכה, קוים אלה נובעים מגז שצולם על ידי כוח הכבידה של ה- SMBH.
עם זאת, מכיוון שקיימת הבנה מועטה של קווי פליטה רחבים והמרכיבים השונים של BLRs, שיטה זו מולידה כמה וודאות הנעות בין 200 ל -300%. "אנו מנסים להגיע לשאלות מפורטות יותר אודות אזורי קו רוחב ספקטרלי שעוזרים לנו לאבחן את מסת החור השחור", אמר ברוטרטון. "אנשים לא יודעים מאיפה מגיעים אזורי קו הפליטה הרחבים האלה או מה טיב הגז הזה."
לעומת זאת, הצוות בראשותו של ד"ר וואנג אימץ סוג חדש של מודל מחשב ששקול את הדינמיקה של טורוס הגז סביב SMBH. הטורוס הזה, כך הם מניחים, עשוי להיות מורכב מגושי חומר נפרדים אשר יופרעו בזריזות על ידי החור השחור, וכתוצאה מכך יזרום לתוכו כמה גז (המכונה גם הצטברות עליו) וחלקם ייפלטו כיציאה.
מכאן הם מצאו שקווי הפליטה ב- BLR כפופים לשלושה מאפיינים - "אסימטריה", "צורה" ו"החלפה ". לאחר שבחנו קווי פליטה שונים - סימטריים וא-סימטריים כאחד - הם גילו כי שלושת המאפיינים הללו תלויים במידה רבה עד כמה גושי גז הם בהירים, אותם פירשו כתוצאה מזווית התנועה שלהם בתוך הטורוס. או כפי שניסח זאת ד"ר ברותרטון:
"מה שאנחנו מציעים שקורה זה הגושים המאובקים האלה זזים. חלקם נתקעים זה בזה ומתמזגים, ומשנים מהירות. אולי הם עוברים לקוואזאר, שם חי החור השחור. חלק מהגושים מסתובבים באזור הקו הרחב. חלקם נבעטים. "
בסופו של דבר, המודל החדש שלהם מציע כי גושי חומר שהופרעו בצורה מדויקת על ידי טורוס חור שחור עשויים לייצג את מקור הגז BLR. בהשוואה לדגמים קודמים, זה שהמציאו ד"ר וואנג ועמיתיו יוצר קשר בין תהליכי מפתח ורכיבים שונים בסביבת SMBH. אלה כוללים הזנת החור השחור, מקור הגז המצולם, והטורוס המאובק עצמו.
אמנם מחקר זה אינו פותר את כל התעלומות סביב AGNs, אך זהו צעד חשוב בדרך להשגת אומדנים המוניים מדויקים של SMBHs על סמך הקווים הספקטראליים שלהם. מכאן, אסטרונומים יוכלו לקבוע במדויק יותר את תפקידם של החורים השחורים האלה בהתפתחות גלקסיות גדולות.
המחקר התאפשר הודות לתמיכה של תוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח מדע וטכנולוגיה, ותוכנית המחקר העיקרית למדעי הגבול, ששניהם מנוהלים על ידי האקדמיה הסינית למדעים.
